JP6302931B2 - 歯垢検出のための周波数領域時間分解蛍光法及びシステム - Google Patents

Description

本開示は、歯ブラシ又はエアーフロス等の歯科用器具に関する。特に、本開示は、周波数領域寿命測定に基づき歯垢を検出する電動歯ブラシに関する。

歯ブラシは、口腔保健を改善するために、歯の表面並びに隣接歯間領域からバイオフィルム及び食物残渣を取り除くことによって歯を洗浄するように設計される。ブラシヘッドの速度を上げること及び音波振動を使用することによって、場合によっては超音波振動を使用することよって、多種多様な電動歯ブラシの設計が考案され、改善されたブラッシング性能が提供されてきた。

最新式の歯ブラシは、歯垢除去に非常に効果がある。消費者は、問題の領域において数秒間ブラシでこすることのみを必要とし、ブラシでこすられている歯垢を剥離する。しかし、フィードバックを得ることなく、消費者は、歯垢が完全に取り除かれる前に別の歯に移ってしまうかもしれない。従って、歯の上の歯垢レベルの表示が大いに所望される。

歯ブラシの設計における改善にもかかわらず、隣接歯間領域に達することは依然として困難である。歯垢が蓄積する領域及びブラッシングが集中的に行われる必要がある領域を消費者が同定するのに寄与するよう歯垢検出染料が利用可能である。しかし、これらの染料は、消費者には歓迎されていない。

従って、歯垢を同定することができる、及び、使用者がそのブラッシング努力をこれらの問題の領域に集中させることができるようにこれらの問題の領域をリアルタイムで且つ連続的に使用者に伝えることができる歯科用器具を開発する必要性が高まっている。

本発明は、独立請求項によって規定され、従属請求項は、有利な実施形態を規定する。

以下は、発明特定事項の簡略化された要約を示し、発明特定事項のいくつかの態様の基本認識を提供している。この要約は、発明特定事項の広範囲な概要ではない。発明特定事項の鍵又は決定的要素も同定せず、発明特定事項の範囲の線引きもしないと意図される。唯一の目的は、発明特定事項のいくつかの概念を、後に示されるより詳細な説明に対する前置きとして簡略化された形で示すことである。

本開示の複数の態様によると、歯科用器具が示される。当該歯科用器具は、本体部分；少なくとも１つの発振器；該少なくとも１つの発振器によって駆動され、且つ、複数の周波数にて変調された成分を有する少なくとも１つの励起光を放つように構成される少なくとも１つの光源；反射された励起光を取り除き、且つ、歯から蛍光の光ビームを受ける少なくとも１つの光ユニット；及び、周波数領域寿命測定に基づき歯垢を検出し且つ歯の歯垢同定情報を伝えるために、蛍光の光ビームを受けるように構成される検出器；を含む。

本開示の一態様によると、少なくとも１つの光源は、約４００ｎｍから５００ｎｍに及ぶ波長を有する発光ダイオードである。或いは、少なくとも１つの光源は、ダイオードレーザーである。

本開示のさらなる態様によると、歯科用器具は、光励起洗浄フィルターをさらに含む。光励起洗浄フィルターは、狭帯域フィルターであってもよい。

本開示の別の態様によると、検出器は、少なくとも光検出器及び増幅器を含む。

本開示のさらに別の態様によると、第１の光学素子構成が、少なくとも１つの光源と光学蛍光放出洗浄フィルターとの間に置かれ、さらに、第２の光学素子構成が、少なくとも１つの光ユニットと歯との間に置かれる。

本開示のさらなる態様によると、制御装置が、少なくとも１つの発振器を駆動する。或いは、少なくとも１つの発振器は、制御装置内に組み込まれる。制御装置は、ヘテロダインを発生させて、中間周波数（ＩＦ）帯域まで信号をより低い周波数に変換する段階を含む。

本開示の別の態様によると、少なくとも１つの光ユニットは、ロングパスビームスプリッター、ショートパスビームスプリッター、帯域フィルター、帯域阻止フィルター及びダイクロイックビームスプリッターのうち少なくとも１つの光ユニットである。

本開示の別のさらなる態様によると、本体部分を有する歯科用器具を介して歯の上の歯垢を検出する方法が示される。当該方法は、少なくとも１つの発振器を提供するステップ；少なくとも１つの発振器によって少なくとも１つの光源を駆動するステップであり、少なくとも１つの光源は、複数の周波数にて変調された成分を有する少なくとも１つの励起光を放つように構成される、ステップ；少なくとも１つの光ユニットを介して、反射された励起光を取り除くステップ；歯から蛍光の光ビームを受けるステップ；及び、検出器を介して、周波数領域寿命測定に基づき歯垢を検出し且つ歯の歯垢同定情報を伝えるステップ；を含む。

本開示のさらなる適用可能性の範囲が、以下に記載される詳細な説明から明らかになる。しかし、本開示の真意並びに範囲内の種々の変更及び修正がこの詳細な説明から当業者には明らかになるため、詳細な説明及び特定の例は、本開示の好ましい実施形態を示しているけれども、単に例示として与えられているということが理解されるべきである。

本開示の態様は、以下の図を参考にしてより理解することができる。図における構成要素は、必ずしも一定の比例に応じて描かれているのではなく、代わりに、本開示の例示的原理が明確に強調される。さらに、図において、同じ参照番号が、いくつかの観点を通して対応した部分を指摘している。

図は、例示目的のためだけに本開示の好ましい実施形態を描いている。当業者は、以下の考察から、本明細書において例示される構造及び方法の代わりの実施形態を、本明細書において記載される本開示の原理から逸脱することなく利用してもよいということを容易に認識することになる。

本開示による極座標プロットを例示した図である。 本開示による歯垢ベクトルプロットを例示した図である。 本開示による蛍光寿命測定に基づく歯垢検出技術を例示した概略図であり、１つの検出器が示されている。 本開示による蛍光寿命測定に基づく歯垢検出技術を例示した概略図であり、２つの検出器が示されている。 本開示による蛍光寿命測定に基づく歯垢検出技術を例示した概略図であり、発振器が制御装置内に組み込まれている。 本開示による蛍光寿命測定に基づき歯垢を検出する方法を例示した流れ図である。 本開示による蛍光寿命測定に基づく歯垢検出技術の概略図であり、ビームスプリッターの代わりに、励起ファイバー及び放出ファイバーが含まれている。 本開示による蛍光寿命測定に基づく歯垢検出技術の概略図であり、ロングパスビームスプリッターの構成が示されている。

本開示は特定の実施形態に関して記載されるけれども、種々の修正、再構成及び置換を、本開示の真意から逸脱することなく行ってもよいということが当業者には容易に明らかになる。本開示の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定められる。

本開示の原理の理解を奨励する目的で、次に、図面において例示される例証的な実施形態が参照され、さらに、該実施形態を記載するために特定の用語が使用される。それにもかかわらず、それによる本開示の範囲の限定は意図されないということが理解されることになる。関連する技術分野における熟練者及び本開示を所有する熟練者に対して生じる本明細書において例示される本発明の特徴のいかなる変更及びさらなる修正も、さらに、本明細書において例示される本開示の原理のいかなる追加の適用も、本開示の範囲内にあると考慮される。

本開示は、特に、使用者の歯から実際に歯垢を除去しているかどうかを使用者に知らせることによって、使用者が使用者の歯を洗浄するのに寄与するための、さらに、歯垢を十分に除去した場合に、安堵も使用者に良い習慣を指導することも提供するためのシステム、装置及び方法の種々の実施形態を記載している。好ましくは、情報は、ブラッシング／クリーニング間にリアルタイムで提供され、さもなければ、消費者の支持はおそらく低くなる。例えば、歯垢の蓄積のためにさらなるブラッシングを必要とし得る次の歯に使用者が移動することができるように、使用者がブラシでこすっている歯がきれいであると考慮される場合に信号を使用者に提供することが歯科用器具にとって有用である。これは、使用者のブラッシング時間を短くすることができるが、より優れて能率的なブラッシングルーチンをもたらし、（例えば歯垢を有する領域等）歯の特定の問題の領域に使用者の注意を集めることもできる。

本開示によると、使用者は、電動歯ブラシを用いて、すなわち、練り歯磨きの泡で囲まれた振動ブラッシングシステムにおいて歯垢を検出することができる。歯垢検出システムは、除去可能な歯垢の層を有する表面と、よりきれいな薄膜／歯石／歯科充填剤／歯の表面との明確な差異を提供するように構成される。

本開示によると、ブラッシングルーチンの間にリアルタイムで歯垢を検出する方法が提供される。本開示の例証的な実施形態は、時間分解蛍光法、特に周波数領域寿命測定に基づいた歯垢検出を実施する。

本開示によると、歯科充填剤を有していようとなかろうと、任意の歯群の上の歯垢の量を決定する方法が提供される。さらに、練り歯磨きが存在していようとなかろうと、ブラッシングの間に歯垢検出を可能にすることが本開示の目的である。歯垢検出方法を、ブラシヘッドと歯との間の小さい距離の差とは関係なくすることも本開示の目的である。当業者は、そのような周波数領域寿命測定に基づいた歯垢検出システムを使用するための複数の異なる構成を熟考することができる。

本開示によると、歯垢検出システムの要素は、少なくとも、発振器、発振器によって駆動される励起光源、及び、処理ユニットに接続された光検出器を後に伴う光励起洗浄フィルターを含む。異なる象牙質による時定数の問題は、きれいな歯に対して行われる一回の較正によって処理される。これは、一人の歯群内のエナメル／象牙質の寿命の差が、人の大きな集団に対して測定される差よりもはるかに小さいため可能である。きれいな歯の象牙質に対する測定は、例えば温度若しくは電源の差によって、又は、例えば大量生産に固有の構成要素の差によって引き起こされる歯垢検出システム自体の変換関数における差によって引き起こされるエラーも自動的に最小限にする。

次に、本開示の実施形態が詳細に参照される。本開示の特定の実施形態が記載されるけれども、それらの記載される実施形態に本開示の実施形態を限定するとして意図されないということが理解されたい。反対に、本開示の実施形態への参照は、添付の特許請求の範囲によって定められる本開示の実施形態の真意及び範囲内で含むことができる代案、修正及び等価物をカバーするとして意図される。

付随する図を参照しながら複数の実施形態が以下に記載される。付随する図は、単に例であり、本開示の範囲を限定するとして意図されない。

図１Ａ及び１Ｂは、本開示による極座標プロット及び歯垢ベクトルプロットをそれぞれ例示している。

図１Ａ及び１Ｂを参照すると、歯垢の蓄積を検出する本開示の第１の方法は、Ｍ．ｓｉｎ（Φ）（ｙ軸）対Ｍ．ｃｏｓ（Φ）（ｘ軸）のプロットを利用し、ここで、Ｍは復調比（ｄｅ−ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｒａｔｉｏ）であり、さらに、Φは、励起に関する蛍光放出の位相遅れである。復調は、放出強度の変調指数対励起強度の変調指数の比として定義される（変調指数ｍｉ＝ＡＣ／ＤＣである）。励起光源は、約２００ｋＨｚから２００ＭＨｚの範囲内に変調される周波数であり、さらに、検出された周波数は、（例えば、９０°の位相変化された成分対応答の同相部分等）Ｍ．ｓｉｎ（Φ）対Ｍ．ｃｏｓ（Φ）としてプロットされる。しかし、当業者は、変調／復調に対する複数の異なる周波数範囲を熟考することができる。そのようなプロットは、図１Ａにおいて示されているように、極座標プロットと呼ばれる。極座標プロット１００Ａにおいて、線１０２によって例示されているように、きれいな象牙質が、低い周波数にて［１：０］付近で始まり且つ高い周波数に対して原点に向かって進む軌跡として描かれている。また、位相角は、ｘ軸と所与の周波数での位置との角度であり、さらに、原点からの距離は、応答の大きさを定めている。

図１Ａを参照すると、軌跡１０４が、歯垢の層で覆われた象牙質の結果を描いており、この軌跡も、線１０４によって示されているように、［１：０］付近で始まるが、増加する周波数にて異なる道を描いている。各変調周波数に対するこれら２つの軌跡間の距離（歯垢ベクトルＰＶと呼ばれ、図１Ｂにおいて線１０６として示されている）は、使用者の歯の上に存在する歯垢の量に対する程度である。図１Ｂにおいて示されているように、特定の周波数範囲にてＰＶは最大値１０８に達している。これは、歯の上の歯垢を検出するための周波数変調又はＦＭ範囲を明らかにしている。この場合、最適な周波数掃引範囲は、約４０から２００ＭＨｚである。しかし、当業者は、当面の適用に基づき複数の異なる周波数範囲を熟考することができる。図１Ｂにおいては、ｘ軸１４０は変調周波数を表す一方、ｙ軸１３０は、歯垢レベルの程度である歯垢ベクトルの長さを表しているということに留意されたい。

さらに、種々の歯科充填剤が、測定される極座標プロット１００Ａの形状を変え得る。各歯科充填剤は独自の既知の減衰時間を有しているため、歯垢検出に対する充填剤の影響は、この例証的な実施形態に従い最小限にすることができる。最適な掃引範囲は、確かに歯垢を検出するために約４０から１００ＭＨｚに限定され得る。しかし、当業者は、いかなる適した周波数掃引範囲も熟考することができる。さらに、検出システムがきれいな象牙質部位に対して較正される場合に、後に測定される歯垢なしの象牙質／エナメル部位の極座標プロットにおける軌跡は、位相及び復調が各周波数に対して０及び１に較正されるため、低い周波数の開始ポイントを離れない。歯垢で覆われた使用者の口内の部位は、低い周波数の開始ポイントから出発する、従って、迅速且つ能率的な歯垢検出を可能にする軌跡を示す。一人の歯群内のエナメル／象牙質の減衰時間における差は限定されるため、この方法は、大きな歯垢の差が決定されるのを可能にする。

従って、上記の第１の方法は、多くの周波数の掃引に関する。この段落において記載される方法は第２の方法であり、限定数の周波数を使用する一方、続く段落において記載される方法は、第３の方法として、最小数の２つの変調周波数の使用を記載する。第２の方法において、きれいなエナメル／象牙質部位に対する較正を使用して、エナメル／象牙質の寿命差を減らしてもよい。歯垢は、約２０から２００ＭＨｚの範囲における限定数の別々の周波数にてＭ及びΦを測定して検出することができる。歯は、これらの周波数で順次又は同時に励起される。歯垢の存在は、周波数あたりの歯垢ベクトルの長さ及び方向によって決定される。長さは、強度（量／密度）の指標であり、角度は、種に対する程度であり、さらに、充填剤又は他の歯科インプラントから歯垢を区別するために使用することができる。

歯垢の蓄積を決定する本開示の第３の方法によると、少なくとも２つの周波数で順次又は同時に変調された励起光源が使用される。エナメル／象牙質及び歯垢によって引き起こされる復調が無視できるように、より低い周波数が選ばれる。エナメル／象牙質の時定数は抜きんでているため、好ましい低い周波数成分は、１ＭＨｚより下である。そのような周波数は、測定されるＡＣ成分がＭ＝１の復調に関連づけられるため、１０ｎｓまでの減衰時間に対して１％未満の復調を与える。第２の（又は後の）周波数は、約２０から２００ＭＨｚの範囲内で選ばれる。ここで、（例えば、ＤＣ減衰量は周波数非依存的であり、さらに、ｍ_ＬＦは＝１等）復調はＡＣ比から計算することができるため、ＡＣ部分のみが測定される必要がある。

図２は、本開示による蛍光寿命測定に基づく歯垢検出技術を例示する概略図２００を描いており、ここでは、１つの検出器が示されている。

図２において、光源２２０を駆動するための発振器２１０が描かれている。光源２２０は、第１の光学素子構成２３０、洗浄フィルター２４０及びダイクロイックビームスプリッター２５０を通り抜ける励起光２２５を生成する。ビームスプリッター２５０は、励起光２２５がまっすぐ通り抜けるのを可能にする。歯２９０から戻ってくる光２５２は、蛍光の光２５４のみが検出器２７０によって受けられるように分裂される。励起光２２５は、第２の光学素子構成２６０を通って且つ歯２９０上に向けられる一方、蛍光の光２５４は、検出器２７０に向けられる。検出器２７０は、増幅器２０２を含んでもよい。発振器２１０は制御装置２８０によって駆動されるということも熟考される。

励起光２２５を生成する光源２２０は、好ましくは、４０５ｎｍ、４４０ｎｍ、４７０ｎｍ又は４８０ｎｍのＬＥＤであるが、他の供給源（例えばダイオードレーザー等）及び異なる波長（例えば、約４００ｎｍから５００ｎｍに及ぶ波長等）も可能である。当業者は、複数の異なる波長にて作動する複数の異なる照明手段を熟考することができる。ダイオードレーザーは、垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）であってもよい。ＶＣＳＥＬは、ウェーハから個々のチップを切ることによって形成された表面から放つ従来の端面発光半導体レーザーとは反対に、上面から垂直のレーザービーム放出を有する半導体レーザーダイオードの一種である。

光洗浄フィルター２４０は、（例えば紫外線等）いかなる不必要な波長も歯２９０又は検出器２７０に到達させない狭帯域フィルターであってもよい。ダイクロイックビームスプリッター２５０は、励起光２２５が歯２９０に向かって透過される一方で、より長い波長を有する放出された蛍光の光２５４が検出器２７０に向かって反射されるように、分類パス特徴を有してもよい。検出器２７０は、光検出器（図示せず）及び増幅器２０２を含んでもよい。システム２００は、レンズ、ＣＰＣ（複合放物面集光器）又はその両方（素子２３０、２６０として示されている）等、フォーカシングオプティクスの集合も含んでよい。１つの例証的な実施形態において、システムの光学素子２３０、２６０は、歯科用器具のヘッド部分に統合されてもよい。しかし、当業者は、図２の素子の全て若しくは一部を、適した設計に基づき歯科用器具のハンドル部分若しくはヘッド部分又はその組合せにおいて再構成するか又は置くことを熟考することができる。このように、図２の構成要素は、歯科用器具上又はその付近での配置に関して限定されない。

さらに、別の例証的な実施形態において、１つの光路及びビームスプリッターの代わりに、（例えば、励起及び検出の）２つの光路が、励起光２２５をブロックするために、高域通過若しくは帯域通過、又は、検出器２７０にて帯域阻止フィルターを用いて使用されてもよい。別々の励起及び検出の経路は、例えば、ブラシヘッド及びファイバー検出におけるＬＥＤを介した自由空間の励起等、ファイバー誘導若しくは自由空間又はその組合せであってもよい。これは、以下で図６を参照してさらに記載される。

制御装置２８０は、プロセッサ、マイクロコントローラ、システムオンチップ（ＳＯＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）等であり得る。ひとまとめにして、本明細書において記載される種々の機能及び動作を行うための、プロセッサ、マイクロコントローラ、ＳＯＣ及び／又はＦＰＧＡを含み得る１つ又は複数の構成要素は、例えば特許請求の範囲において記載される制御装置の一部である。制御装置は、１つのプリント回路基板（ＰＣＢ）上に乗せることができる１つの集積回路（ＩＣ）チップとして提供されてもよい。或いは、例えばプロセッサ、マイクロコントローラ等を含む制御装置の種々の回路部品は、１つ又は複数の集積回路チップとして提供される。すなわち、種々の回路部品は、１つ又は複数の集積回路チップ上に置かれる。

図３は、本開示による蛍光寿命測定に基づく歯垢検出技術を例示した概略図３００を描いており、ここでは、２つの検出器が示されている。

図３において、光源２２０を駆動するための発振器２１０が描かれている。光源２２０は、第１の光学素子構成２３０、洗浄フィルター２４０及び２つのビームスプリッター２５０、３５０を通り抜ける励起光２２５を生成する。ビームスプリッター２５０、３５０は、励起光２２５がまっすぐ通り抜けるのを可能にする。このように、励起光２２５は、２つのビームスプリッター２５０、３５０をまっすぐ通り抜け、さらに、歯及び歯垢の上でフルオフォア（ｆｌｕｏｐｈｏｒｅ）を励起する。歯２９０から戻り且つシステムによって収集される光２６１は、反射された励起光（青）２５７及び蛍光の光２５５（より長い波長を有して放出）から成る。システム３００に戻る途中、光は、第一に、低反射ビームスプリッター（ガラス）に達して、ごくわずかな光をカップルアウト（ｃｏｕｐｌｅ ｏｕｔ）する。残りはビームスプリッター２５０まで進み、さらに、検出器３７０に向かう。ガラス反射から来るわずかな部分は、元の励起光２５９のみが３７２によって検出されるように、ショートパス（又は帯域）フィルターにかけられる。これは、参照信号と呼ばれる。

図３は図２と類似しているが、しかし、図３においては、反射された励起光２６１の一部が別に測定されて、例えば、距離の差又は温度の影響によって引き起こされる光路長の差等、不必要な励起及び放出信号間の相転移を引き起こし得るいかなるドリフトも補う。拡張部分は、低反射ビームスプリッター３５０（例えばコーティングなしのガラス等）を使用して、受けた光２６１のうち低い割合の光をカップルアウトする。低域フィルター３７３は、反射された励起光２６１の一部のみが検出器３７２によって受けられるように、蛍光の光を取り除く。この光２５９は、全パス長を通っており、従って、参照位相である。

図４は、本開示による蛍光寿命測定に基づく歯垢検出技術を例示した概略図４００を描いており、ここでは、発振器が制御装置内に組み込まれている。

図４において、光源２２０を駆動するための発振器４０２が描かれている。光源２２０は、第１の光学素子構成２３０、洗浄フィルター２４０及びダイクロイックビームスプリッター２５０を通り抜ける励起光２２５を生成する。ビームスプリッター２５０は、励起光２２５がまっすぐ通り抜けるのを可能にする。歯２９０から戻ってくる光２５２は、蛍光の光２５４のみが検出器２７０によって受けられるように分裂される。励起光２２５は、第２の光学素子構成２６０を通って且つ歯２９０上に向けられる一方、蛍光の光２５４は、検出器２７０に向けられる。検出器２７０は、ミキサー４２０に信号を送る。発振器４０２は、制御装置４１０内に組み込まれるということも熟考される。制御装置４１０は、ロックイン増幅器４０４及びＡＤＣコンバータ４０６も含んでよい。

全ての実施形態に対して、図２〜４を参照して記載されるように、発振器４１０及びロックイン増幅器４０４は、アナログ又はデジタルドメインで実施されてもよい。しかし、図４に従って、制御装置４１０内へのデジタルの実施に対しては、アナログヘテロダイン段階が、ＡＤＣ変換に対してより適している中間周波数（ＩＦ）帯域まで信号をより低い周波数に変換するために含まれてもよい。従って、各周波数に対して、デジタル発振器４０２は、低域フィルターのミキサー４２０の出力が、ＡＤＣコンバータ４０６の周波数範囲内にあるように、ミキサー４２０に対して小さなオフセットを有する周波数をさらに生成する。そのような場合、全てのさらなる信号処理は、デジタル様式で実行している。さらに、図４は、実施形態の１つのみに対してデジタルの実施を描いているけれども、全ての実施形態が当業者によってこの方法で実施されてもよいということに留意するべきである。

図５は、本開示による蛍光寿命測定に基づき歯垢を検出する方法を例示している流れ図５００である。

流れ図５００は、以下のステップを含む。ステップ５１０において、発振器が提供される。ステップ５２０において、少なくとも１つの光源が、少なくとも１つの発振器によって駆動され、少なくとも１つの光源は、複数の周波数にて変調された成分を有する少なくとも１つの励起光を放つように構成される。ステップ５３０において、反射された励起光が、少なくとも１つの光ユニットを介して取り除かれる。ステップ５４０において、蛍光の光ビームが歯から受けられる。ステップ５５０において、周波数領域寿命測定に基づき歯垢が検出され、さらに、歯の歯垢同定情報が、使用者にリアルタイムで伝えられる。このプロセスは次に終了する。本明細書において記載される当該方法のステップは、必ずしも記載された順で行われる必要はないということが理解されたい。さらに、「その後」、「次に」「次は」等の用語は、ステップの順を限定するとして意図されない。これらの用語は、当該方法のステップの説明を通して読者を導くために単に使用される。

図６は、本開示による蛍光寿命測定に基づく歯垢検出技術の概略図６００であり、ここでは、ビームスプリッターの代わりに、励起ファイバー及び放出ファイバーが含まれている。

システム６００は、光源６２０を駆動するための発振器６１０を含む。光源６２０は、励起ファイバー６４０及び励起洗浄フィルター６５０を通って進む励起光６１５を生成する。放出フィルター６６０及び放出ファイバー６７０が、歯６９０と検出器６８０との間に置かれる。検出器６８０はロックイン増幅器６０４と通信する。ロックイン増幅器６０４は制御装置６０２と通信する。加えて、光学素子構成６３０が、光源６２０と励起ファイバー６４０との間に置かれてもよい。例示されているように、放出フィルター６６０及び励起洗浄フィルター６５０は、ファイバー６４０、６７０の歯の側に位置し、ファイバーの蛍光の影響を減らすか又は除く。しかし、当業者は、放出フィルター６６０及び励起洗浄フィルター６５０を種々の構成で置くことを熟考することができる。さらに、励起洗浄フィルター６５０は、そのような構成において任意であるということにも留意されたい。

従って、２つの光路（例えば、励起光路及び検出光路等）を、高域通過若しくは帯域通過、又は、検出器６８０にて帯域阻止フィルターと共に使用して、励起光６１５をブロックすることができる。別々の励起光路及び検出光路は、例えば、ブラシヘッド及びファイバー検出におけるＬＥＤを介した自由空間励起等、ファイバー誘導若しくは自由空間又はその組合せであってもよい。

図７は、本開示による蛍光寿命測定に基づく歯垢検出技術の概略図７００であり、ここでは、ロングパスビームスプリッターの構成が示されている。

システム７００は、光源７２０を駆動するための発振器７１０を含む。光源７２０は、光学素子構成７３０、洗浄フィルター７４０及びビームスプリッター７５０を通って進む励起光７１５を生成する。ビームスプリッター７５０は、歯７９０に向かって励起光７１５を反射する。戻ってくる光７６２は、より長い波長を有する蛍光の光７５２のみが検出器７７０によって受けられるように分裂される。検出器７７０は、ロックイン増幅器７０４と通信してもよい。発振器７１０は制御装置７０２によって駆動されるということも熟考される。加えて、第２の光学構成７６０が、ビームスプリッター７５０の後で置かれてもよい。ビームスプリッター７５０は、図２〜４において示されているダイクロイックビームスプリッターに対立するものとして、ロングパスビームスプリッターであってもよい。

別の実施形態において、検出システムは、各使用者に対して個々に、きれいなエナメル／象牙質部分に対して較正される。このプロセスは、１つの歯群内の寿命データにおける差が、全ヒト集団内の差よりもはるかに少ないため、信号範囲を最大にする。加えて、全ての位相遅れ及び周波数依存利得をきれいな歯に対して較正することによって、全ての続く測定結果は、検出される歯垢の量に対する直接的尺度である。

要約すると、歯垢検出は、周波数領域における歯の蛍光寿命特性を測定することによって可能である。定常状態の蛍光を使用する歯科用器具は、ＤＣ励起を使用する一方、時間領域寿命装置は、非常に短いパルス励起を使用する。例証的な実施形態において記載される方法に対して、励起光源は変調され、ここでは、多数の周波数が同時に使用されるか又は掃引周波数が使用される。従って、歯垢検出は、周波数領域寿命測定に基づいている。さらに、周波数領域検出は、（時間領域検出と同様に）パルス励起の高調波成分も使用してよいが、これは、そのようなパルス励起を使用する実施形態において非常に感度の高い且つ高価な検出が必要とされるため、歯ブラシ（又は他のＣＥ装置若しくは歯科用器具）に対する周波数領域方法において実用的ではないということに留意されたい。

概して、本開示の例証的な実施形態は、特に、歯ブラシ又はエアーフロス等の歯科用器具に関する。しかし、本開示の例証的な実施形態は、本格的な歯科検査装置を含み、それによって、歯垢の存在を、画像、音又は振動数及び強度により明らかにすることができるように当業者によって広げられてもよい。これは、歯科学、歯科衛生学及び歯のホワイトニング等の分野において適用可能である。

上述の例は、本開示の種々の態様及び本開示の方法の実行を例示している。上記例は、本開示の多くの異なる実施形態の網羅的な説明を提供するとして意図されない。従って、上述の本開示は、明確性及び理解の目的で例示及び例として少し詳しく記載されてきたけれども、当業者は、それに対して多くの変更及び修正を、本開示の真意又は範囲から逸脱することなく行うことができるということを容易に理解することになる。

本開示のいくつかの実施形態が図面において示されてきたけれども、本開示は、当技術分野が可能にするのと同じくらい広い範囲にあると意図され、さらに、本明細書は同様に読まれると意図されるように、本開示は上記実施形態に限定されるとは意図されない。従って、上記の説明は、限定的であるとして解釈されるべきではなく、単に特定の実施形態の例証であるとして解釈されるべきである。当業者は、添付の特許請求の範囲及び真意内の他の修正を構想することになる。

Claims (14)

1. 歯科用器具であって、
   少なくとも１つの発振器、
   該少なくとも１つの発振器によって駆動され、且つ、複数の周波数にて変調された成分を有する励起光を放つように構成される少なくとも１つの光源、
   反射された励起光を取り除き、且つ、使用者の歯から蛍光の光ビームを受ける少なくとも１つの光ユニット、
   前記蛍光の光ビームを受けるように構成される検出器、及び、
   前記少なくとも１つの発振器を制御して、（ｉ）２００ｋＨｚから２００ＭＨｚの範囲における周波数の掃引、（ｉｉ）２０から２００ＭＨｚの範囲における限定数の離散周波数、並びに、（ｉｉｉ）（ａ）１ＭＨｚより下の低い周波数及び（ｂ）２０から２００ＭＨｚの範囲における後の周波数を含む最小数の２つの変調周波数のうちの１つを用いて前記少なくとも１つの光源を変調するように構成される制御装置、を含み、
   前記制御装置は、前記検出器の出力に応答して、受けた前記蛍光の光ビーム対前記複数の周波数にて変調された成分を有する励起光の強度の変調指数の比及び位相遅れのパラメータを含む関数として周波数領域寿命測定に基づき歯垢の量の程度を検出し且つ前記使用者の歯の歯垢同定情報を伝える、
   歯科用器具。
2. 前記少なくとも１つの光源は、約４００ｎｍから５００ｎｍに及ぶ波長を有する発光ダイオードである、請求項１に記載の歯科用器具。
3. 前記少なくとも１つの光源はダイオードレーザーである、請求項１に記載の歯科用器具。
4. 光励起洗浄フィルターをさらに含む、請求項１に記載の歯科用器具。
5. 前記検出器は、少なくとも光検出器及び増幅器を含む、請求項１に記載の歯科用器具。
6. 第１の光学素子構成が、前記少なくとも１つの光源と光学蛍光放出フィルターとの間に置かれ、さらに、第２の光学素子構成が、前記少なくとも１つの光ユニットと前記使用者の歯との間に置かれる、請求項１に記載の歯科用器具。
7. 前記少なくとも１つの光ユニットは、ロングパスビームスプリッター、ショートパスビームスプリッター、帯域フィルター、帯域阻止フィルター、ロングパスフィルター及びダイクロイックビームスプリッターのうち少なくとも１つの光ユニットである、請求項１に記載の歯科用器具。
8. 本体部分を含む歯科用器具を介して歯の上の歯垢を検出する方法であって、
   少なくとも１つの発振器を提供するステップ、
   該少なくとも１つの発振器によって少なくとも１つの光源を駆動するステップ、
   制御装置によって前記少なくとも１つの発振器を制御して、（ｉ）２００ｋＨｚから２００ＭＨｚの範囲における周波数の掃引、（ｉｉ）２０から２００ＭＨｚの範囲における限定数の離散周波数、並びに、（ｉｉｉ）（ａ）１ＭＨｚより下の低い周波数及び（ｂ）２０から２００ＭＨｚの範囲における後の周波数を含む最小数の２つの変調周波数のうちの１つを用いて前記少なくとも１つの光源を変調するステップ、
   前記少なくとも１つの光源によって、前記変調された成分を有する励起光を使用者の歯に向かって放つステップ、
   少なくとも１つの光ユニットを介して、前記使用者の歯から反射された励起光を取り除き、且つ、前記使用者の歯から反射された蛍光の光ビームを通す、ステップ、
   検出器にて、前記歯から反射された蛍光の光ビームを受けるステップ、及び、
   前記検出器の出力に応答する制御装置を介して、受けた前記蛍光の光ビーム対前記複数の周波数にて変調された成分を有する励起光の強度の変調指数の比及び位相遅れのパラメータを含む関数として周波数領域寿命測定に基づき歯垢の量の程度を検出し且つ前記使用者の歯の歯垢同定情報を伝えるステップ、
   を含む方法。
9. 前記少なくとも１つの光源は、約４００ｎｍから５００ｎｍに及ぶ波長を有する発光ダイオードである、請求項８に記載の方法。
10. 前記少なくとも１つの光源はダイオードレーザーである、請求項８に記載の方法。
11. 前記少なくとも１つの光源から放たれる前記少なくとも１つの励起光に対して光励起洗浄フィルターを使用するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
12. 前記検出器は、少なくとも光検出器及び増幅器を含む、請求項８に記載の方法。
13. 第１の光学素子構成が、前記少なくとも１つの光源と光学蛍光放出フィルターとの間に置かれ、さらに、第２の光学素子構成が、前記少なくとも１つの光ユニットと前記使用者の歯との間に置かれる、請求項８に記載の方法。
14. 前記少なくとも１つの光ユニットは、ロングパスビームスプリッター、ショートパスビームスプリッター、帯域フィルター、帯域阻止フィルター、ロングパスフィルター及びダイクロイックビームスプリッターのうち少なくとも１つの光ユニットである、請求項８に記載の方法。

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